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ＧＭ冷凍機の温度振動逓減

第 10 回受信機ワークショップ 2010/3/6 （国立天文台）. ＧＭ冷凍機の温度振動逓減. 高知大理　　　　西岡　孝 ----------- 共同研究者 ------------- 高知大 　角田泰啓 ，沖殿圭祐 国立天文台　松尾宏 大阪府大　小川英夫 名古屋大　前澤裕之 ----------- 開発資金補助 ---------- 国立天文台共同開発研究 ＪＳＴシーズ発掘試験. 目次. 序論 重い電子系 高知大学方式 3 He GM 冷凍機 国立天文台との共同開発とその影響 本論 ＧＭ冷凍機の温度振動

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ＧＭ冷凍機の温度振動逓減

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Presentation Transcript

  1. 第10回受信機ワークショップ 2010/3/6 （国立天文台） ＧＭ冷凍機の温度振動逓減 高知大理　　　　西岡　孝 -----------共同研究者------------- 高知大　角田泰啓，沖殿圭祐 国立天文台　松尾宏 大阪府大　小川英夫 名古屋大　前澤裕之 -----------開発資金補助---------- 国立天文台共同開発研究 ＪＳＴシーズ発掘試験

  2. 目次 • 序論 • 重い電子系 • 高知大学方式3He GM冷凍機 • 国立天文台との共同開発とその影響 • 本論 • ＧＭ冷凍機の温度振動 • 高知大学方式3He GM冷凍機の温度のゆらぎ • 冷却能力と温度振動 • 冷却能力の維持 • 温度振動の逓減 • まとめと今後の開発

  3. 重い電子系の研究 希土類のCe, YbやアクチナイドのUを含む化合物 • 極低温（１Ｋ以下） • 超高圧（１万気圧以上）

  4. 極低温環境（名古屋大学 ｖｓ 高知大学） 山頂の環境？

  5. GM 冷凍機 • 長所 • 比較的安価 • 簡単に低温(4 K程度)を実現 • 液体ヘリウム不要 • 短所 • 1K以下の物性測定が困難 • 冷却ヘッドの温度振動が大きい 目的：1 K以下の極低温環境の実現 GM冷凍機本体

  6. 4 K pot 1 K pot 3He pot 高知大学方式3He GM冷凍機システム 日本物理学会2007年秋

  7. 高知大学方式3He冷凍機の発明以降の開発 • 2007.3 高知大学方式3He GM冷凍機特許出願 • 2007.7 名古屋大学技術部小林さん，河合さん • 2008.1 名古屋大学STE研前澤さん • 2008.1.24 第8回受信機ワークショップ　　　　　　 「4KGM冷凍機を用いた1K以下の実現」 • 2008.1.30 国立天文台共同開発研究書類提出小川先生，松尾さん • 2008.4 採択通知（角田君の修士論文のテーマ） • 2008.7.28 共同研究締結 • 2008.12 冷凍機入荷 • 2009.3 共同開発研究終了 • 2008.4 ~2010.3 角田君の修士論文のテーマとして冷凍機開発

  8. 高知大学に与えられた課題 • 間欠運転による完全無振動運転（前沢さん）30分程度の維持は可能であるが、再び低温を得るのに1時間程度要する • 連続運転による温度振動の逓減（小川先生）冷却能力を損ねずに温度振動はどのくらい逓減できるか？ • 4Heのみで1 K以下(1mW@1K)（松尾さん）3Heは高価であり、取り扱い面倒テラヘルツカメラへの応用など

  9. 国立天文台との共同開発の影響 • JSTからの支援 • 2008.11.7 技術シーズ発表会 • 2009.4.3 ＪＳＴ新技術発表会 • 2010.1.19 地域発技術シーズ発表会inおおさか • 2009.6 シーズ発掘試験採択 • 大学内での影響 • 全学金工室の整備（学長裁量経費） • 補正予算の順位の繰上げ（~5000万円のマグネット）

  10. 高知大学のインフラ整備 全学金工室 2009.4~ 物理金工室 昭和37年般若鉄工所 ~2009.3

  11. GM冷凍機の温度振動 • 最低温度付近で ~ 200 mKの温度振動 2nd Stage

  12. 3He冷凍機の温度のゆらぎ 温度のゆらぎは　1 mK　以下 短時間では　0.2 mK　程度 物質の比熱

  13. ① 冷却能力と温度振動 2nd Stage 2nd Stageへの熱流： ･･･K：熱伝導 定常状態(dθ/dt=0) では， 温度差：Δθ∝1/K また，温度振動(時間当たりの温度変化)は 温度振動：dθ/dt∝K/C Test pot • 熱伝導(K)を良くし，さらに熱容量(C)を大きくすることによって，冷却能力を維持しつつ温度振動の逓減が可能

  14. 冷却能力の維持 2nd Stage Test pot • 接触面にInを挟む • Test potを銅で造る

  15. 熱容量の増加 • 実験方法 • 銅製 Test pot使用 • 4Heガスなどをコンデンス He Gas等 • 振動逓減の様子を見る Test pot

  16. ヘリウムガスによる温度振動逓減 • 4Heガスの液化量によって振動が逓減 • 一定量以上の液化しても温度振動は変化しない • 4 K pot：1/10以下 • 3He pot：1/100

  17. その他，温度振動の逓減 • H2は測定温度領域によっては適切か。

  18. まとめ • 温度振動の逓減 • 冷却能力をある程度犠牲にしていい場合（~1/100）熱的に切り離したポットにヘリウムを液化 • 冷却能力を維持する場合 (~1/10)銅製の容器の中に熱容量の大きな材料を入れる　例）ヘリウム（４Ｋ以下），水素（２０Ｋ以下），鉛（１０Ｋ以上） 今後の開発 • 4Heのみを用いた1K以下の冷却システム • 3Heの価格が高騰（1年で20倍以上） • ミリ波・サブミリ波・テラヘルツ波へ • 物性測定システムの開発（ヘリウム液化機からの開放）

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